ensaios de car..

ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DE LAMINADOS DE MATERIAL COMPOSTO
G.T.S.Ribeiro (1), A.E.C.Sobreira (1) e C.A.Cimini Jr. (1)
(1) Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal de
Minas Gerais – Av. Antonio Carlos, 6627, Pampulha, Belo Horizonte, MG, CEP: 31.270-901.
Palavras-chave: material composto, tração, ensaio, corpo de prova
RESUMO
Objetivando-se determinar as propriedades mecânicas relativas à tração (tensão de
ruptura e módulo de elasticidade) de compostos laminados de fibra de vidro ou fibra de
carbono e resina epóxi, ensaiaram-se cinco corpos de prova (CPs) para cada material e
orientação das fibras (0o na direção da largura do tecido – fill - e 0o na direção do comprimento
– warp).
Nos ensaios usou-se uma máquina MOHR & FEDERHAFF & LOSENHAUSEN
instrumentada e com aquisição simultânea de dados por programa computacional. Um
extensômetro EMIC com abertura inicial de 50 mm foi utilizado para medidas de deformações.
A célula de carga foi de transdução de pressão e a velocidade média de ensaio foi
automaticamente escolhida pela máquina. Basiou-se na norma ASTM D3039 – “Standard Test
Method for Tensile Properties of Fiber-Resin Composites” (1989).
Os compostos laminados foram confeccionados com tecidos de fibra de vidro do tipo E
(código WR-200) e tecidos de fibra de carbono (código CCS-200). A gramatura dos tecidos é
de 200g/m2. A espessura nominal do tecido de fibra de vidro é de 0,21mm. E a espessura
nominal do tecido de fibra de carbono é de 0,34mm. Para a laminação dos compostos foi
utilizada a resina epóxi Araldite LY 5052 BR e o endurecedor HY 5052 BR.
Tendo como base a norma ASTM D3039 (1989), os CPs obedecem às dimensões
nominais (Figura 1) cujas dimensões características medidas estão na Tabela 1.
Fibra de vidro / Epóxi (Fill)
Fibra de vidro / Epóxi (Warp)
Fibra de carbono / Epóxi (Fill)
Fibra de carbono / Epóxi (Warp)
Figura 1 – Corpos de prova para ensaios de tração
(Dimensões em mm)
Largura
(mm)
22,02+0,02
22,02+0,01
22,21+0,04
22,34+0,08
Espessura
(mm)
2,80+0,19
2,63+0,19
2,62+0,46
2,46+0,17
Tabela 1 – Dimensões características dos corpos de prova
A metodologia de fabricação utilizada foi igual para a fibra de carbono e a de vidro.
Para ensaios com carga aplicada paralela aos fios warp, recortou-se quatro faixas com
comprimento de 265mm paralelo ao enrolamento e largura de 390mm. Para ensaios com
carga aplicada paralela aos fios fill cortaram-se faixas semelhantes às anteriores, mas
orientadas transversalmente ao enrolamento. A primeira faixa foi estendida sobre uma camada
de plástico desmoldante e aplicou-se uma camada uniforme de mistura epóxi (resina e
endurecedor). As faixas restantes foram depositadas sobre as anteriores e embebidas por uma
mesma camada de epóxi. As quatro camadas foram dobradas duas vezes tendo-se um
laminado com 12 camadas. O laminado foi envolto nas duas faces por um tecido desmoldante
que mantém uma superfície externa áspera ao laminado garantindo boa colagem das placas
para distribuição de tensões na interface das extremidades do CP com o cabeçote da máquina
de ensaio (“tabs”). O laminado foi levado para a prensagem numa mesa desempenada, com
pressão sobre toda a sua área e batentes metálicos laterais para garantir as dimensões.
Inicialmente, preparou-se e calibrou-se a máquina de ensaios mecânicos utilizando 2
CPs. Em seguida, ensaiaram-se 5 CPs para os seguintes grupos: Fibra de vidro / Epóxi (fill),
Fibra de vidro / Epóxi (warp), Fibra de carbono / Epóxi (fill) e Fibra de carbono / Epóxi
(warp).
No ensaio, aplicou-se uma pré-carga para retirar as folgas iniciais do sistema e garantir
a uniformidade da aplicação de carga. Foi fixado um extensômetro ao CP que envia ao
programa computacional, dados relativos ao deslocamento decorrente da carga aplicada até o
momento da ruptura.
Para cada grupo de CPs, obteve-se um gráfico contendo as curvas de Tensão vs.
Deformação, onde foram efetuadas regressões lineares nos intervalos das regiões lineares
dessas curvas para definição dos módulos de elasticidade (E). As Figuras 2, 3, 4 e 5 a seguir
apresentam estes resultados.
VIDRO WARP
VIDRO FILL
300
600
250
Tensão (Mpa)
Tensão (Mpa)
500
400
300
200
1 00
200
150
100
50
0
0
1 00
200
300
400
500
600
0
0
Deformação (μm/m)
200
400
600
800
1000
1200
Deformação (μm/m)
1400
1600

Figura 2 – Curvas Tensão vs. Deformação para todos os CPs de Fibra de Vidro Fill / Epóxi
Figura 3 – Curvas Tensão vs. Deformação para todos os CPs de Fibra de Vidro Warp
CARBONO WARP
600
500
500
Tensão (Mpa)
Tensão (Mpa)
CARBONO FILL
600
400
300
200
400
300
200
100
100
0
0
0
100
200
300
400
)
Deformação (μm/m)
500
600
0
100
200
300
400
Deformação (μm/m)
500
600
700
)
Figura 4 – Curvas Tensão vs. Deformação para todos os CPs de Fibra de Carbono Fill
Figura 5 – Curvas Tensão vs. Deformação para todos os CPs de Fibra de Carbono Warp
A Tabela 2 apresenta um resumo contendo as tensões de ruptura e os módulos de
elasticidade em tração para cada conjunto de materiais compostos ensaiados.
Tensão de Ruptura (MPa)
Módulo de Elasticidade (GPa)
Fibra de vidro / Epóxi (Fill)
450 + 62
31,2 + 0,9
Fibra de vidro / Epóxi (Warp)
468 + 40
34,3 + 1,7
Fibra de carbono / Epóxi (Fill)
427 + 86
97,0 + 2,6
Fibra de carbono / Epóxi (Warp)
446 + 94
93,9 + 2,2
Tabela 2 – Propriedades mecânicas dos materiais compostos ensaiados
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ASTM D 3039, 1989, Standard Test Method for Tensile Properties of Fiber-Resin
Composites, American Society for Testing Materials, 1990 Annual Book of ASTM Standards,
Section 15, Volume 15.03, pp.118-122.